Un grup de cercetători de la California Institute of Technology (Caltech) a creat un echivalent optic al unui diapazon, un dispozitiv care poate ajuta la reglarea curenţilor electrici necesari pentru electronica complexă de putere mare şi pentru a stabiliza semnalele laser de înaltă calitate.

 

 

 

Lucrarea marchează prima realizare practică a unui astfel de dispozitiv, care a fost miniaturizat pentru a se potrivi pe un cip şi ea poate deschide calea unor perfecţionări în ceea ce priveşte comunicaţiile de mare viteză, navigaţie şi teledetecţie.

 



Fotografia prezintă un cip spiral, realizat pe baza unui rezonator optic şi dezvoltat în cadrul Caltech, aflat lângă o monedă de 25 cenţi, pentru a se putea face o comparaţie între ele

 

„Când este necesar să acordăm un pian, un diapazon de reglare ne oferă o notă standard sau o frecvenţă sonoră de referinţă. În cadrul rezonatoarelor optice, notei sonore îi corespunde culoarea sau lungimea de undă a luminii. Dispozitivul nostru oferă o frecvenţă de lumină care poate îmbunătăţi funcţionarea dispozitivelor electronice şi optice, atunci când ea este utilizată ca o referinţă", afirmă Kerry Vahala, profesor de ştiinţă şi tehnologia informaţiei, precum şi profesor de fizică aplicată. Vahala este, de asemenea, director executiv pentru fizică aplicată şi ştiinţa materialelor şi autorul unui studiu ce descrie această nouă realizare tehnologică ce a fost publicată în revista Nature Communications.

Un diapazon de calitate este descris de modul în care se eliberează energia acustică, el generând doar o anumită frecvenţă a sunetului, pentru o perioadă cât mai lungă de timp. Această caracteristică se numeşte factor de calitate. Vahala şi colegii săi au aplicat acest concept în cadrul rezonatoarelor optice, concentrându-se pe factorul de calitate optică şi pe alte elemente care afectează stabilitatea frecvenţei.

Cercetătorii au fost capabili de a stabiliza frecvenţa luminii prin dezvoltarea unui rezonator sub forma unui cip din sticlă de siliciu ce înglobează un traseu, special conceput pentru fotoni, ce are o formă cunoscută sub numele de spirala lui Arhimede. „Prin utilizarea unui traseu de această formă am reuşit să integrăm cel mai lung drum posibil al luminii în cea mai mică suprafaţă aflată pe un cip. ştiam că dacă vom reuşi ca fotonii să parcurgă o traiectorie cât mai lungă, întregul dispozitiv va deveni mai stabil", afirmă Hansuek Lee, un cercetător principal din cadrul laboratorului lui Vahala şi autorul principal al lucrării recent publicate.

Instabilitatea frecvenţei se datorează creşterii bruşte a energiei în cadrul rezonatoarelor optice, fenomen care este inevitabil din perspectiva legilor termodinamicii. Deoarece noul rezonator optic conţine un traseu mai lung al luminii, variaţiile de energie şi de tensiune sunt atenuate, astfel încât se îmbunătăţeşte mult coerenţa şi calitatea semnalului de referinţă al rezonatorului, care, la rândul său, îmbunătăţeşte calitatea dispozitivelor electronice sau optice.

În cadrul noii soluţii de proiectare, fotonii sunt aplicaţi inelului exterior al unui rezonator, în formă de spirală, cu ajutorul luminii care se propagă printr-o fibră optică. În continuare, fotonii călătoresc în jurul a patru trasee, în forma spiralei lui Arhimede, care sunt întreţesute. În cele din urmă, călătoria acestora se închide după parcurgerea unui traseu lung de mai mult de un metru ce a fost inclus într-o arie de mărimea unei monede de 25 de cenţi. Traseul optic, care a fost obţinut în acest fel, este de 100 de ori mai lung decât cel realizat în cadrul modelelor anterioare. În combinaţie cu un rezonator, prin utilizarea noului ghid special de lumină, pierderea de energie este de 100 de ori mai mică faţă de media obţinută pentru alte dispozitive construite cu ajutorul cipurilor electronice.

În plus faţă de utilizarea sa în vederea obţinerii unei frecvenţe de referinţă pentru lasere, o cavitate de referinţă ar putea avea, într-o zi, un rol echivalent cu cel al cristalelor de cuarţ atât de răspândite în electronica zilelor noastre. Majoritatea sistemelor electronice utilizează un dispozitiv numit oscilator pentru a furniza o frecvenţă foarte precisă. În ultimii ani, oscilatoarele optice, care necesită cavităţi optice de referinţă, au devenit mai bune decât oscilatoarele electronice în ceea ce priveşte generarea unor frecvente, în domeniul radio şi al microundelor, stabile.

„Un oscilator optic miniaturizat va reprezenta o schimbare importantă în ceea ce priveşte rolul pe care îl au aplicaţiile din domeniul optic şi electronic. În prezent, dispozitivele electronice prelucrează semnalele electrice, în timp ce rolul fotonilor este de a transporta informaţiilor, dintr-un loc în alt loc, prin intermediul fibrelor optice. În cele din urmă, oscilatoarele aflate în cadrul sistemele electronice de înaltă performanţă vor fi, în interior, de tip optic, deşi din exterior ele vor arata ca nişte dispozitive electronice", afirmă Vahala.

„Tehnologia pe care Kerry şi grupul său au realizat-o furnizează o metodă prin care se pot muta generatoarele optice de frecvenţă stabilă din laborator în cadrul unor aplicaţii compacte, robuste şi integrate, pe bază de siliciu", spune Scott Diddams, fizician şi conducător de proiect în cadrul National Institute of Standards and Technology şi un coautor al studiului. „Această tehnologie asigură noi opţiuni în vederea construirii unor sisteme care ar putea avea un impact mai mare în cadrul vieţii de zi cu zi", afirmă Diddams.



Traducere de Cristian-George Podariu după spirals-electronics cu acordul editorului


Dacă găsiţi scientia.ro util, sprijiniţi-ne cu o donaţie.


PayPal ()
CoinGate Payment ButtonCriptomonedă
Susţine-ne pe Patreon!